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6SigmaET练习教程 练习10_焦耳热功能?
6SigmaET练习教程 练习11__智能手机
案例十 焦耳热功能
一. 案例描述
常见的电子设备中，除了芯片发热外，PCB 走线、线圈、铜排等有时候也 会产生较大的热量，这些物体的热耗通常不容易得到，但其中通的电流是已知的。 这时可以利用 6SigmaET 的焦耳热功能来求解此类问题。用户只需定义电流或电 压的边界条件，以及线路的材料（含有电导率属性）。软件即可计算得到产生的 焦耳热，进而得到温度分布结果。
本例需要关注以下知识点：
1. 如何建立辅助体以添加电边界条件。
2. 如何查看电势、电流分布。
3. 建模约 20 分钟，计算约 20 分钟至半小时。
二. 建模过程
建立自然对流模板
打开软件，点击 File >> New >> Natural Convection，软件会创建出一个默 认大小的求解域，流动状态为层流，考虑热辐射。
导入 CAD 文件
点击 Import >> 3D CAD Model:
将外部文件导入，导入过程中选项均保持默认即可。
适当增大求解域的大小。
以求解域为基准，将求解域和线圈沿 X 和 Z 轴中心对齐。
按 F 键切换到正视图，利用鼠标拖拽将组整体向上拖动一定距离（不要拖 动组内的实体，否则实体间会发生错位），或者在组的属性里输入 Y 方向的坐 标，如 50mm。由于自然对流中热空气主要向上流动，物体上方的空间可以适当 留大一些，下方小一些。
三. 定义物性参数和划分网格
定义各部件材料
选中线圈外面的绝缘部分，从库中选择 PVC 的材料赋予给它。
铁芯的材料定义为钢，内部的线圈定义为纯铜。
建立辅助体
在 13 版本和以前的版本中，电边界必须加在规则物体如圆柱、方块的面上， 本模型中线圈是导入体，所以我们首先把辅助体建立出来。选中组，建立 Solid Obstruction。
在 Solid 的属性里将高度设置为 2mm，直径为 7mm，材料设定为纯铜。
按 F 键切换到正面视图，在粉色箭头上用鼠标拖拽将其逆时针旋转 90 度， 或者在属性表里坐标中输入角度。
按 A 键切换到俯视图，在粉色箭头上右键，输入旋转的角度 10.5 度。
选择线圈实体，右键菜单中选择 Add All Faces。
以 Face 189 为基准，将 Face 189 和建立的辅助体体中心对齐。
为方便区分，可以在圆柱的属性表里将其名字更改为 IN。
选中圆柱，按 Ctrl+D 快捷键原地复制生成另外一个圆柱，并更改名字为 OUT。
选中 Face 190，利用对齐命令将上一步复制生成的 OUT 圆柱与 Face 190 体 中心对齐。
至此，用于建立电边界的两个辅助体建立完毕。线圈的面用于定位的操作 已经完成，可以删掉。
建立电边界
勾选 Solve 菜单中的 Joule Heat 选项，打开焦耳热功能。
选中 IN 和 OUT 两个物体，建立 Electrical Boundary，即建立电边界。
选中两个电边界，在属性表里将位置切换到 Bottom，这样它们均位于圆柱 的外侧面上。
选中入口边界，将电流设定为 100A。
出口边界则设定为 0V，即自由边界，也可以设定为-100A。
划分网格
选中所有实体，忽略冲突提示，并将导入体网格精度设置为 0.2mm。
点击生成网格按钮，生成网格完毕后查看网格，适当调整网格切面到线圈 中部位置。
四. 开始计算并查看结果
设定监控点
选中线圈，为其建立温度传感器。
移动传感器到线圈的实体上。
查看计算曲线
软件将首先计算电势的分布，经过数十步的计算，电势残差收敛。
然后软件会接着计算温度的分布。
查看温度分布
双击线圈生成独立视图。
将线圈归类到 PCB 图层，并显示 PCB 图层的温度（或者归类到其它图层， 并显示相应图层的温度即可）。
整体模型的温度分布则如下图所示。
查看电流密度
在线圈的属性表里可以显示电流密度，Render Style 选择 Variable，Variable
选择 Electrical Current。
查看电势分布
Variable 选择 Elecrical Potential 可以显示电势的分布。
查看完毕后，将 Render Style 切换回 Solid Outlined。
查看产生的热量
在线圈的属性表里 Results 中，可以看到产生的具体的热量约 22W。
五. 其他方面的应用
瞬态焦耳热
6SigmaET 中可以计算交变电流或电压，方法是在求解控制（Solution Control） 里先将瞬态开关打开。总时间和时间步长的设定方法参见前面的相关内容，在此 不再展开。
然后再定义电边界的属性即可，例如下图所示。
汽车电子接插件案例
汽车和电子产品中焦耳加热效应是非常重要的物理现象，6SigmaET 为许多 这样的应用提供解决方案，如电机控制单元和配电架通电发热、变压器上的负荷 损失。下图即为接插件的模型，外壳为塑料材质，非导体。内部的导体部分为电 流通路。
10A
10A
其内部导体部分的温度如下图。
汽车电子保险器电路板案例
该电路板控制各器件的开启或关闭，需要考虑 PCB 上某些支路流过电流时 产生的焦耳热，当局部温度过高时，板子有烧毁的危险。
通过仿真计算，用户可以非常直观地得到整个 PCB 各层的温度分布，及时 调整结构以使控制器安全地工作。
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